Credito:Università di Manchester
Creando fori su scala atomica in membrane atomicamente sottili, dovrebbe essere possibile creare setacci molecolari per una separazione dei gas precisa ed efficiente, inclusa l'estrazione di anidride carbonica dall'aria, hanno scoperto i ricercatori dell'Università di Manchester.
Se la dimensione dei pori in una membrana è paragonabile alla dimensione di atomi e molecole, possono passare attraverso la membrana o essere respinti, consentendo la separazione dei gas in base al loro diametro molecolare. Le tecnologie industriali di separazione dei gas utilizzano ampiamente questo principio, spesso basandosi su membrane polimeriche con porosità diversa. C'è sempre un compromesso tra l'accuratezza della separazione e la sua efficienza:più finemente si regolano le dimensioni dei pori, minore è il flusso di gas consentito da questi setacci.
È stato a lungo ipotizzato che, utilizzando membrane bidimensionali di spessore simile al grafene, si possano raggiungere compromessi molto migliori di quelli attualmente ottenibili perché, a differenza delle membrane convenzionali, quelle atomicamente sottili dovrebbero consentire flussi di gas più facili a parità di selettività.
Ora un gruppo di ricerca guidato dal professor Sir Andre Geim dell'Università di Manchester, in collaborazione con scienziati belgi e cinesi, ha utilizzato elettroni a bassa energia per perforare singoli buchi su scala atomica nel grafene sospeso. I buchi erano di dimensioni fino a circa due angstrom, più piccoli anche degli atomi più piccoli come elio e idrogeno.
Nel numero di dicembre di Nature Communications , i ricercatori riferiscono di aver raggiunto una selettività praticamente perfetta (migliore del 99,9%) per gas come elio o idrogeno rispetto ad azoto, metano o xeno. Inoltre, le molecole d'aria (ossigeno e azoto) passano facilmente attraverso i pori rispetto all'anidride carbonica, che viene catturata per>95%.
Gli scienziati sottolineano che per rendere pratiche le membrane bidimensionali, è essenziale trovare materiali atomicamente sottili con pori intrinseci, cioè pori all'interno del reticolo cristallino stesso.
"I setacci di precisione per i gas sono certamente possibili e, infatti, concettualmente non sono dissimili da quelli utilizzati per setacciare sabbia e materiali granulari. Tuttavia, per rendere questa tecnologia industrialmente rilevante, abbiamo bisogno di membrane con pori densamente distanziati, non singoli fori creati in il nostro studio per dimostrare il concetto per la prima volta. Solo così saranno realizzabili gli elevati flussi richiesti per la separazione dei gas industriali", afferma il dott. Pengzhan Sun, uno degli autori principali dell'articolo.
Il team di ricerca prevede ora di cercare tali materiali bidimensionali con grandi pori intrinseci per trovare quelli più promettenti per le future tecnologie di separazione dei gas. Tali materiali esistono. Ad esempio, ci sono vari grafini, che sono anche allotropi di carbonio atomicamente sottili ma non ancora prodotti su larga scala. Questi sembrano grafene ma hanno anelli di carbonio più grandi, di dimensioni simili ai singoli difetti creati e studiati dai ricercatori di Manchester. La giusta dimensione può rendere i grafi perfettamente adatti per la separazione dei gas. + Esplora ulteriormente
